噴射ノズル並びに噴射ノズル装置及び噴霧方法
【課題】噴霧量が大きく変化しても鋼板などを安定して均一に冷却でき、かつ鋳片や鋼板などの冷却速度を広い範囲で制御できる噴射ノズルを提供する。
【解決手段】液体を旋回可能な液体流路２と、気体を旋回可能な気体流路７と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室９と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口１２とを備えた筒状の噴射ノズル１において、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とを逆方向とする。この噴射ノズルは、ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路２を設け、この液体流路２に液体旋回部材５が配設されているとともに、液体流路の外周に隔壁８を隔てて気体流路７を設け、この気体流路７に気体を旋回可能な気体流入口７ａが形成されていてもよい。
【解決手段】液体を旋回可能な液体流路２と、気体を旋回可能な気体流路７と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室９と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口１２とを備えた筒状の噴射ノズル１において、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とを逆方向とする。この噴射ノズルは、ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路２を設け、この液体流路２に液体旋回部材５が配設されているとともに、液体流路の外周に隔壁８を隔てて気体流路７を設け、この気体流路７に気体を旋回可能な気体流入口７ａが形成されていてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体と気体との二流体を混合してミストを噴射又は噴霧するのに有用な噴射ノズル、並びにこのノズルを備えた噴射ノズル装置及びこのノズルによるミストの噴霧又は噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気と水とをそれぞれノズルに導入し、連続鋳造される鋳片に対してミストを霧状に噴射又は噴霧することにより鋳片を冷却する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特開平９−２２０４９５号公報（特許文献１）には、液体と気体との混合流体を、噴射角を持った状態で噴出させる噴出孔がノズル先端部に形成されている流体噴出ノズルであって、所望の噴出パターンを保持しながら、その流体を一層効果的に分散させた状態で噴出させる流体噴出ノズルが開示されている。また、特開２００８−１６８１６７号公報（特許文献２）には、ノズル本体と、このノズル本体の先端部に形成された複数のスリット状吐出口とを有するノズルであって、スリット状吐出口の厚み方向での噴霧分布の均一性を向上できる二流体ノズルが開示されている。
【０００４】
しかし、これらのノズルでは、スプレー内の水量分布や鋳片に対する衝突力分布の均一性と、噴霧の状態の安定性とが十分ではない。また、噴霧パターンが噴霧幅の広いフラットパターン（矩形又は長円パターン）であるため、複数個のノズルを一定間隔あけて配置したとき、スプレーの幅が広いため、隣り合うスプレーのラップ部の割合が非ラップ部の割合に対して少なくなる。そのため、非ラップ部とラップ部とでは、冷却形態が異なり、鋳片の幅方向の均一な冷却が困難である。さらに、複数個のノズルが、ヘッダーの気体配管及び液体配管に独立して取付けられるため、配管系統が複雑化する。
【０００５】
これに対して、構造を簡素化したノズルとして、特開２００５−２３０７１５号公報（特許文献３）には、複数個のノズルを並べて、ラップ幅の割合を増加できる洗浄用ノズルが開示されており、この洗浄用ノズルを、冷却に用いると、鋳片の幅方向の均一性は、従来のノズルよりも向上する。
【０００６】
しかし、このノズルでも鋳片の幅方向の均一性は十分でない上に、スプレー厚みが薄いため、冷却能が低い。
【０００７】
また、熱間圧延された高温の鋼板をミストにより均一に冷却するためのノズルとして、特開２００６−１１０６１１号公報（特許文献４）には、ミスト冷却を行うためのミストスプレーノズルの下流側にスロート部を有する筒状下部本体と、ミストとするために上流側に空気供給口と円周部に水供給口を設けた筒状上部本体と、前記下部本体と上部本体との間にミストスプレーの形状を安定させるための螺旋状の貫通溝を設けた旋回羽根を設けた熱間圧延鋼板のミスト冷却装置が開示されている。この文献には、スプレーの広がり角度が５°未満では棒状の水流となり、１５°を超えるとホロコーン状となることが記載されている。さらに、空気又は水の複数の供給口を、旋回羽根と同一の回転方向となるように、ノズル中心軸に対して一方向に偏芯させることにより、旋回羽根の効果を相乗的に倍加させることが記載されている。
【０００８】
しかし、このノズルでは、気液混合後に、旋回して噴霧すると、外周の粒子が粗くなる傾向があり、スプレー内のミストの安定性が低い。さらに、噴霧角度が狭いため、並列するノズルの個数が多くなる。
【０００９】
一方、オイルバーナーなどに用いるノズルとして、特開２００２−１２６５８５号公報（特許文献５）には、液体供給路から圧送されてくる液体を旋回流動させながら液体噴出口から噴出させる液体噴出部を設け、気体供給路から圧送されてくる気体を前記液体噴出口から噴出する液体に、その液体が微粒化するように噴出供給する気体噴出部を設けてある気液混合噴霧用ノズルであって、前記気体噴出部は、前記気体を旋回流動させながら噴出させるよう構成してある気液混合噴霧用ノズルが開示されている。このノズルでは、旋回流動させた液体に対して同一の方向に旋回流動した気体を噴出するため、噴出する液体の粒子の径をより小さくできる。
【００１０】
しかし、このノズルは、パターン安定性が低く、特に、実ラインでは、工程により噴霧量を変化させる必要があるが、噴霧量が変化しても、安定かつ均一に噴霧することは困難である。また、ノズルの構造が複雑である上に、バーナーノズルの性質上、オリフィス径が０．５ｍｍ以下程度と小さいためか、冷却ノズルとして利用すると詰まり易く、用途が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２２０４９５号公報（請求項１、段落［０００６］）
【特許文献２】特開２００８−１６８１６７号公報（請求項１、段落［０００７］）
【特許文献３】特開２００５−２３０７１５号公報（請求項１、図３）
【特許文献４】特開２００６−１１０６１１号公報（請求項１、段落［００１５］［００１６］）
【特許文献５】特開２００２−１２６５８５号公報（請求項１、段落［０００８］［０００９］、図面）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、噴霧量が大きく変化しても鋳片や鋼板などを安定して均一に冷却でき、かつ鋳片や鋼板などの冷却速度を広い範囲で制御できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、噴霧量が大きく変化してもミストを連続的に安定して噴霧できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、水量分布及び衝突力分布が均一なミストを噴霧できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、複数の噴射ノズルを組み合わせても、構造を簡素化できる噴射ノズル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、特許文献５のノズルにおいて、安定した噴霧が困難な理由について、鋭意検討した結果、液体の旋回方向と気体の旋回方向と同一であることが原因の一つであることが判明した。さらに、本発明者は検討を続けた結果、液体流路及び気体流路を通過して合流した液体と気体とを混合したミストを多重ラップ（複数のパターンをオーバーラップさせて並列に噴射させる態様）の形態で、フルコーンパターンで噴射するための筒状の噴射ノズルにおいて、前記気体流路の旋回方向（又は回旋方向）と前記液体流路の旋回方向とを逆方向に調整することにより、噴霧量が大きく変化しても鋳片や鋼板などを安定して均一に冷却でき、しかも、高い噴霧量では、大きな冷却性能を有するために、広い範囲で鋳片や鋼板等の冷却速度を制御できることを見出し、本発明を完成した。
【００１８】
すなわち、本発明の噴射ノズルは、液体を旋回可能な液体流路と、気体を旋回可能な気体流路と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口とを備えた筒状の噴射ノズルであって、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向である。本発明では、気体流路の旋回方向と液体流路の旋回方向とを逆方向とすることにより、液体と気体とが十分に混合されるためか、安定した噴霧量でミストを連続的に噴霧できる。
【００１９】
本発明の噴射ノズルは、ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路を設け、この液体流路に液体旋回部材が配設されているとともに、前記液体流路の外周に隔壁を隔てて気体流路を設け、この気体流路に気体を旋回可能な気体流入口が形成されていてもよい。液体流路と気体流路とをこのように二重管状の形態に配置することにより、混合室で、旋回した液体に対して効率良く逆方向に旋回した気体を作用させることができる。
【００２０】
前記液体旋回部材は、円柱状部材と、この円柱状部材の周方向に等間隔に形成され、かつ前記円柱状部材の軸方向に対して所定の角度で螺旋状に傾斜した複数の螺旋状流路とで形成されていてもよい。また、ノズル軸方向において、液体旋回部材の長さが、混合室の長さに対して１．５〜８倍程度であってもよい。液体旋回部材を、このような構造とすることにより、簡便な構造で安定して液体を旋回できる。
【００２１】
気体を旋回可能な気体流路において、気体流路の側面に複数の気体流入口が形成され、かつ各気体流入口の流路は、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材における螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に所定の角度傾斜していてもよい。このような気体流入口を形成することにより、簡便な構造で安定して気体を旋回できる。
【００２２】
本発明の噴射ノズルにおいて、混合室の下流側に、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状流路が形成され、かつこの円錐状流路の先端に位置する噴射口の形状が略円形状であってもよい。このような噴射口の形状と円錐状流路を有することにより、フルコーンパターンのミストを噴射できる。
【００２３】
本発明の噴射ノズルは、混合室と円錐状流路との間にスロート部が介在していてもよい。スロート部が介在することにより、混合室で生成したミストを絞り込むことにより、均一なミストを噴射できる。
【００２４】
本発明の噴射ノズルは、液体旋回部材の上流側に、液体流路よりも狭い径のオリフィス部が形成されていてもよい。オリフィス部が形成されることにより、液体の供給量を安定化できる。オリフィス部の流路径が１ｍｍ以上であってもよく、オリフィス部がこのような流路径を有することにより、円滑にミストを噴射できる。
【００２５】
本発明の噴射ノズルにおいて、通常、気体は空気であり、液体は水である。
【００２６】
本発明には、前記噴射ノズルを用いてミストを噴射する方法も含まれる。本発明の噴射ノズルを用いると、水量分布の均一なミストを噴霧できる。本発明の方法は、フルコーンパターンのミストを噴射する方法であってもよい。フルコーンパターンのミストは、小ピッチ多重ラップで（隣接するフルコーンパターンのピッチ間隔を小さくしてオーバーラップ部分を大きくして）並列させると、安定してミストを連続的に噴霧でき、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる。
【００２７】
本発明には、液体を供給するための長尺筒状の第１のヘッダと、気体を供給するための長尺筒状の第２のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、これらのヘッダを貫通して取り付けられた複数の噴射ノズルとを備えた噴射ノズル装置であって、複数の噴射ノズルが前記噴射ノズルであり、この噴射ノズルの液体流路が第１のヘッダ内に通じ、かつ気体流路が第２のヘッダ内に通じている噴射ノズル装置も含まれる。この噴射ノズル装置は、複数のノズルを組み合わせているにも拘わらず、構造が簡素である。本発明のノズル装置は、４０〜１２０ｍｍのピッチで噴射ノズルが等間隔でヘッダに取り付けられていてもよい。さらに、本発明には、前記噴射ノズル装置の各噴射ノズルから１５〜９０°の角度で拡がるフルコーンパターンのミストを噴射して鋳片や鋼板を冷却する方法も含まれる。前記ピッチで噴射ノズルを取り付け、前記フルコーンパターンミストを噴霧することにより、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、水量分布及び衝突力分布が均一なミストを噴霧でき、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる。本発明では、ノズル数とノズルの噴霧パターンとを適切に制御することにより、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制でき、安定して均一なミストを噴射できる。
【００２８】
なお、本明細書において、「テーパ角」（又は「角度」）とは、テーパ部の断面（流路の中心軸を通る断面）において、傾斜壁（又は傾斜側壁）の延長線で形成される角度を意味し、水平方向を基準とする角度を意味するものではない。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、液体流路と気体流路とを通過して合流した液体と気体とを混合したミストを噴射するための筒状の噴射ノズルにおいて、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向であるため、噴霧量が大きく変化しても（広いターンダウンで）鋳片や鋼板などを安定して均一に冷却でき、かつ鋼板などの冷却速度を広い範囲で制御できる。特に、使用する噴霧量に対して１／２０倍程度の噴霧量（１／２０のタウンダウン）でも鋳片や鋼板などを均一に冷却できる。すなわち、本発明の噴射ノズルは、安定して連続的に噴霧できる。そのため、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、水量分布及び衝突力分布が均一なミストを噴霧できる。また、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる。さらに、複数の噴射ノズルを組み合わせているにも拘わらず、構造が簡素である。このような特性を有する本発明の噴射ノズルは、均一な冷却が可能であるため、鋼板や鋳片などの冷却に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の噴射ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１の噴射ノズルのＡ−Ａ線概略断面図である。
【図３】図３は、図１の噴射ノズルを構成する液体旋回部材の概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の噴射ノズル装置の一例を用いて、ミストを噴射している状態を示す概略斜視図である。
【図５】図５は、実施例１と比較例１〜２とのスプレーパターンを比較した概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００３２】
［噴射ノズル］
本発明の噴射ノズルは、液体を旋回可能な液体流路と、気体を旋回可能な気体流路と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口とを備えた筒状の噴射ノズルであって、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向である。本発明では、液体流路との旋回方向と気体流路の旋回方向とを逆方向に調整することにより、混合室で液体と気体とが十分に混合されるためか、安定した噴霧量でミストを連続的に噴霧でき、気体流路及び液体流路の構造は特に限定されない。噴射ノズルは、通常、内部の流路が円筒状であり、簡便な構造で、安定したミストを噴霧できる点から、ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路を設け、この液体流路に液体旋回部材を配設するとともに、前記液体流路の外周に隔壁を隔てて気体流路を設け、気体を旋回可能な方向に気体流入口が形成された構造が好ましい。
【００３３】
図１は本発明の噴射ノズルの一例を示す概略断面図であり、図２は図１の噴射ノズルのＡ−Ａ線概略断面図であり、図３は図１の噴射ノズルを構成する液体旋回部材の概略斜視図である。
【００３４】
この噴射ノズル１は、主要な構造として、第１の円筒状流路２から第３の円筒状流路６に至り、かつ液体を供給するための液体流路と、液体流路の下流部の外周に隔壁８を隔てて、液体流路と独立して形成された気体を供給するための気体流路７（環状流路）と、前記液体流路及び前記気体流路７から、それぞれ逆方向に旋回されて供給される液体及び気体を合流させて混合するための混合室９と、この混合室９で生成したミストを噴射するための噴射口１２とを備えている。
【００３５】
詳しくは、液体流路において、第１の円筒状流路２の上流部には、第１の円筒状流路２の側面で、対向する２個の円筒状の液体流入口２ａが形成されており、この液体流入口２ａから、ノズルの軸芯に対して垂直な方向に液体を流入可能である。液体流入口２ａの口径は、第１の円筒状流路２の流路径よりも狭い幅で形成されている。液体流入口２ａの口径は、第１の円筒状流路２の流路径に対して０．４〜０．９倍程度である。
【００３６】
液体流路には、液体流入口２ａよりも下流側に、前記第１の円筒状流路（径大の円筒状流路）２よりも流路幅が狭まった円筒状のオリフィス部３が形成されている。このオリフィス部３を液体が通過することにより、前記液体流入口２ａより液体流路２に供給された液体の流量を一定化できる。オリフィス部３の流路径は、液体流路２の流路径に対して０．１〜０．３倍程度である。
【００３７】
このオリフィス部３を介して、第１の円筒状流路２と、この流路と同径の第２の円筒状流路（径大の円筒状流路）４とが連通している。第２の円筒状流路の４の下流側には、さらに液体を旋回させるための液体旋回部材５が配設されている。液体旋回部材５は、円柱状部材５ａと、この円柱状部材５ａの周方向に等間隔に形成され、かつ前記円柱状部材５ａの軸方向に対して３０〜６０°程度の角度で螺旋状に傾斜し、かつ断面が略コ字状である４個の螺旋状流路５ｂとを備えている。すなわち、液体旋回部材５では、４個の流路５ｂが同方向に螺旋状に形成されているため、この螺旋状流路を通過した液体は一定の方向（図２における時計回りの方向）に旋回する。前記螺旋状流路５ｂの流路径（長辺と短辺との平均）は、第２の円筒状流路４の流路径に対して０．１〜０．３倍程度である。
【００３８】
噴射ノズル１では、ノズル軸方向において、液体旋回部材５の長さは、混合室９の長さ（図１中のＬ）に対して１．５〜８倍程度であり、液体旋回部材の長さを混合室の長さに対して大きく形成しているため、液体を十分に旋回させて混合室に供給できる。
【００３９】
この液体旋回部材５を介して、第２の円筒状流路４と、この流路と同径の第３の円筒状流路（経大の円筒状流路）６とが連通し、第３の円筒状流路６は混合室９に通じている。
【００４０】
一方、気体流路７は、液体旋回部材５及び第３の円筒状流路６の外周に隔壁８を隔てて、液体流路と独立して形成されている。さらに、気体流路７は、その上流部の対向する内壁において、２個の気体流入口７ａを備えており、各気体流入口７ａは、いずれも、中心軸から偏芯させて環状気体流路７の外壁に沿うように略接線方向から気体を流入可能であり、詳しくは、いずれも、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材５における螺旋状流路５ｂの螺旋方向と同一の方向に５０〜７０°の角度（図２中のθ）傾斜している。そのため、各気体流入口７ａからは、気体流路７の内壁に沿って周方向に気体が流入可能であり、この気体流路を通過した気体は一定の方向（図２における反時計回りの方向）に旋回する。本発明では、この気体流路７での気体の旋回方向を前記液体流路での液体の旋回方向に対して逆方向に調整するため、後続の混合室９において、合流した気体と液体とが十分に混合され、安定した噴霧が可能となる。環状気体流路７の厚みは、液体流路の第１〜３の円筒状流路の流路径に対して、０．０５〜０．２倍程度である。さらに、気体流入口７ａの流路径は、環状気体流路７の厚みと略同じである。
【００４１】
第３の円筒状流路６及び気体流路７は、いずれも混合室９に通じており、混合室９において、互いに独立して逆方向に旋回した気体と液体とが合流する。混合室９は、下流方向に向かって同心円状に径が狭まる円錐状に形成されている。そのため、円錐の壁面に沿って、液体流路及び気体流路から供給される液体及び気体は、それぞれ円滑に旋回しながら供給されるとともに、互いに逆方向に旋回することにより液体と気体とが十分に混ざり合って、安定したミストが調製される。混合室９の円錐状流路を形成する傾斜壁（テーパ部）のテーパ角は、９０〜１２０°程度に形成されている。
【００４２】
混合室９の下流側には、円筒状のスロート部１０が形成されている。混合室９で生成したミストは、スロート部１０を通過することにより絞られ、一定の噴霧量でミストを噴射できる。スロート部１０の流路径は、液体流路の第１〜３の円筒状流路径に対して０．１〜０．３倍程度である。スロート部１０の流路長は、ノズル軸方向における混合室９の長さに対して０．１〜１．５倍程度である。
【００４３】
スロート部１０の下流側には、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状の流路（スプレーパターン形成部）１１が形成されており、ノズル先端において、略円形状の噴射口１２が開口している。スロート部１０を通過したミストは、スプレーパターン形成部１１を通過することにより解放され円錐状に拡がる。ノズル軸方向におけるスプレーパターン形成部１１の長さは、スロート部１０の流路長に対して、３〜１０倍程度である。スプレーパターン部１１の円錐状流路を形成する傾斜壁（テーパ部）のテーパ角は、１５〜９０°程度に形成されている。スプレーパターン形成部の長さ及びテーパ角がこの範囲にあるため、円錐状に拡がったミストは、水量分布は均一に保持されたままで、フルコーンパターンのミストを安定して噴霧できる。
【００４４】
なお、前述のように、本発明の噴射ノズルは、液体と気体との旋回方向を逆方向に調整することにより、前記効果を発現すればよく、旋回方向を調整するためのノズル構造は前記図面の構造に限定されない。
【００４５】
このような構造を有する噴射ノズルにおいて、液体流路の形状は、円筒状に限定されず、楕円柱状、角柱状、下流方向に向かって流路が狭まる円錐状又は角錐状などであってもよい。
【００４６】
液体流入口の数は、２個に限定されず、１〜６個程度から選択できるが、液体流路に安定して液体を供給できる点から、２〜４個（特に２個）が好ましい。複数個の液体流入口を形成する場合、液体流路に安定して液体を供給できる点から、液体流路の横断面において対称となる位置に形成するのが好ましい。液体流入口の形状は、円筒状に限定されず、例えば、楕円柱状、角柱状などであってもよい。液体流入口の口径は、径大の円筒状流路の流路径よりも狭い幅に限定されず、広い幅であってもよいが、液体流路での流速を制御し易い点から、円筒状流路の流路径よりも狭い幅が好ましく、例えば、０．１〜１倍、好ましくは０．２〜０．９倍、さらに好ましくは０．４〜０．９倍程度である。
【００４７】
オリフィス部の形状も円筒状に限定されず、楕円柱状、角柱状などであってもよいが、安定して液体旋回部材に液体を供給し、フルコーンパターンのミストを噴霧し易い点から、円筒状が好ましい。オリフィス部の流路径は、径大の円筒状流路の流路径（異なる流路径を有する場合、最小流路径）よりも狭ければよいが、例えば、０．０５〜０．８倍、好ましくは０．０８〜０．５倍、さらに好ましくは０．１〜０．３倍程度である。ノズルの大きさにもよるが、オリフィス部の流路径は、例えば、０．５〜６ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、さらに好ましくは２〜４ｍｍ程度であってもよい。特に、オリフィス部の流路径は、詰まることなく、円滑にミストを噴射できる点から、１ｍｍ以上（例えば、１〜４ｍｍ）であるのが特に好ましい。
【００４８】
液体旋回部材は、オリフィス部の下流側に形成され、かつ液体を旋回できればよいが、簡便に液体を旋回できる点から、螺旋状の流路を有する円柱状部材が好ましい。
【００４９】
この液体旋回部材において、ノズルの略軸芯方向に貫通する螺旋状流路の数は、特に限定されず、１〜１０個程度の範囲から選択できるが、安定して混合室に旋回した液体を供給できる点から、複数個、例えば、２〜８個、好ましくは３〜６個、さらに好ましくは３〜４個程度が好ましい。螺旋状流路の断面形状は、特に限定されず、略コ字状（又は略長方形状）の他、例えば、略正方形状、略半円形状、略Ｕ字状などであってもよい。螺旋状流路は、液体を旋回させるために、円柱状部材の軸方向に傾斜させて螺旋状に形成されていればよく、軸方向に対する傾斜角度は、ノズルの配置に応じて選択でき、噴射距離が短いと広角に調整してもよく、一方、長いと狭角に調整してもよい。具体的な傾斜角度は、安定して液体を旋回できる点から、例えば、１０〜８０°、好ましくは２０〜７０°、さらに好ましくは３０〜６０°（特に４０〜６０°）程度であってもよい。螺旋状流路の流路径（異方形状の場合、長辺と短辺との平均）は、螺旋状流路の個数にもよるが、例えば、液体流路の流路径に対して、例えば、０．１〜０．５倍、好ましくは０．１〜０．４倍、さらに好ましくは０．１〜０．３倍程度である。
【００５０】
液体旋回部材のノズル軸方向における長さは、混合室のノズル軸方向における長さよりも短くてもよいが、液体を十分に旋回させて混合室に供給できる点から、混合室の長さよりも長い方が好ましく、例えば、混合室の長さに対して１．１〜１２倍、好ましくは１．２〜１０倍、さらに好ましくは１．５〜８倍（特に２〜６倍）程度であってもよい。
【００５１】
環状気体流路の厚みは、前記液体旋回部材の流路径にもよるが、混合室で効果的に液体と混合できる点から、液体流路の流路径に対して、例えば、０．０１〜０．５倍、好ましくは０．０３〜０．３倍、さらに好ましくは０．０５〜０．２倍（特に０．０６〜０．１５倍）程度である。
【００５２】
気体流入口の数は、２個に限定されず、１〜６個程度から選択できるが、気体流路に安定して気体を供給できる点から、２〜４個程度が好ましい。複数個の気体流入口を形成する場合、気体流路に安定して気体を供給できる点から、ノズル軸方向に対して垂直な断面において対称位置に形成する（円周方向に均等な位置に配置する）のが好ましい。
【００５３】
気体流入口は、気体を気体流路中で旋回させるために、気体流路の外壁に沿って流入するように中心軸から偏芯していればよく、詳しくは、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材における螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に傾斜させて形成する必要がある。すなわち、気体流入口は、ノズルの軸芯に向かう方向に対して、例えば、１０〜９０°、好ましくは３０〜９０°、さらに好ましくは４０〜９０°（特に５０〜９０°）の角度（図２のθ）で傾斜させて形成してもよい。気体流入口を９０°傾斜させることは、環状気体流の内周壁の接線方向に気体流入口を形成することを意味し、傾斜角度が大きいほど、気体を旋回させ易い傾向は見られるが、気体の圧力などに応じて適宜選択できる。なお、気体流入口を複数形成する場合は、各気体流入口は、螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に傾斜していればよく、傾斜角度は異なっていてもよいが、通常、同一である。
【００５４】
気体流入口の形状は、円筒状に限定されず、例えば、楕円柱状、角柱状などであってもよい。気体流入口の口径は、環状気体流路の厚みと略同じ厚みに限定されず、気体流路の厚みと異なっていてもよいが、気体流路の断面積が気体流入口の断面積よりも大きい必要があるため、環状気体流路中で効果的に気体を旋回できる点から、例えば、０．３〜３倍、好ましくは０．５〜２倍、さらに好ましくは０．８〜１．５倍（特に、略同程度の厚み）が好ましい。ノズルの大きさにもよるが、気体流入口の口径は、例えば、０．３〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度であってもよい。
【００５５】
混合室の形状は、下流方向に向かって径が狭まる円錐状に限定されず、下流方向に向かって径が狭まる角錐状、砲弾状又は椀状（円錐状の傾斜壁が外方向に拡がる曲面状又はＲ状である形状）、円筒状、楕円柱状、角柱状などであってもよいが、旋回した液体及び気体を円滑に混合室に導入できる点から、円錐状、砲弾状又は椀状、円筒状が好ましい。混合室が円錐状流路を形成する場合、傾斜壁のテーパ角は、例えば、３０〜１５０°、好ましくは５０〜１４０°、さらに好ましくは６０〜１３０°程度である。
【００５６】
スロート部は、混合室で生成されたミストを安定して噴霧するために形成され、スロート部の流路径は、液体流路の流路径に対して０．０５〜０．５倍、好ましくは０．０８〜０．４倍、さらに好ましくは０．１〜０．３倍程度である。ノズルの大きさにもよるが、スロート部の流路径は、例えば、０．５〜６ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜４ｍｍ程度であってもよい。スロート部の流路長は、ノズル軸方向における混合室の長さに対して、例えば、０．１〜３倍、好ましくは０．１〜２倍、さらに好ましくは０．１〜１．５倍程度である。
【００５７】
スプレーパターン形成部（円錐状流路）の形状は、スプレーパターンの形状に応じて選択でき、フルコーンパターンのミストを噴霧する場合、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状である。ノズル軸方向におけるスプレーパターン形成部の長さは、スロート部の流路長に対して、０．１〜５０倍程度の範囲から選択できるが、水量分布の均一なミストを噴霧できる点から、例えば、１〜３０倍、好ましくは２〜２０倍、さらに好ましくは３〜１０倍程度である。スプレーパターン形成部が円錐状の場合、傾斜壁のテーパ角は５〜４０°程度の範囲から選択できるが、水量分布を均一に保持したままで、フルコーンパターンのミストを安定して噴霧できる点から、例えば、５〜１２０°、好ましくは１０〜１０５°、さらに好ましくは１５〜９０°程度である。
【００５８】
本発明の噴射ノズルは、水量分布及び衝突部分布の均一なミストを、安定した噴霧量で連続的に噴霧でき、気体及び液体の種類は特に限定されないが、通常、液体として水（高圧水などの加圧水）を用い、気体として空気（加圧空気）を用いる。
【００５９】
本発明の噴射ノズルにおいて、液体流路に供給する液体の流量は、例えば、１〜３００リットル／分・ｍ、好ましくは１．５〜２００リットル／分・ｍ、さらに好ましくは２〜１００リットル／分・ｍ（特に３〜６０リットル／分・ｍ）程度である。液体の流量が低すぎると、冷却ノズルとして用いたとき、冷却能力が低く、流量が高すぎると、水量分布及び衝突力分布の均一性が低下する。
【００６０】
気体流路に供給するための気体量は、ノズルの構造に応じて選択できるが、例えば、１〜３００ｍ３／ｈ・ｍ（Ｎ）、好ましくは３〜２００ｍ３／ｈ・ｍ、さらに好ましくは５〜１００ｍ３／ｈ・ｍ（特に１０〜５０ｍ３／ｈ・ｍ）程度である。
【００６１】
気体と液体との体積比は、例えば、気体／液体＝１／１〜５００／１、好ましくは２／１〜４００／１、さらに好ましくは３／１〜３００／１（特に４／１〜２５０／１）程度である。
【００６２】
液体流路に供給する液体の圧力は、例えば、０．０１〜２ＭＰａ、好ましくは０．０２〜１．５ＭＰａ、さらに好ましくは０．０３〜１ＭＰａ程度である。
【００６３】
気体流路に供給する気体の圧力は、例えば、０．０１〜１．５ＭＰａ、好ましくは０．０２〜１ＭＰａ、さらに好ましくは０．０３〜０．７ＭＰａ程度である。
【００６４】
［噴射ノズル装置］
本発明の噴射ノズル装置は、液体を供給するための長尺筒状の第１のヘッダと、気体を供給するための長尺筒状の第２のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、これらのヘッダを貫通して取り付けられた複数の噴射ノズルとを備えた噴射ノズル装置であって、複数の噴射ノズルが前記噴射ノズルであり、この噴射ノズルの液体流路が第１のヘッダ内に通じ、かつ気体流路が第２のヘッダ内に通じている。
【００６５】
図４は、本発明の噴射ノズル装置の一例を用いて、ミストを噴射した状態を示す概略斜視図である。
【００６６】
この噴射ノズル装置は、長尺で断面四角形状の中空筒体で構成され、かつ液体を供給するための第１のヘッダ（又は液体ヘッダ）２１と、この第１のヘッダに対してほぼ平行に配設され、長尺で断面四角形状の中空筒体で構成され、かつ気体を供給するための第２のヘッダ（気体ヘッダ）２２と、これらのヘッダ２１，２２の長手方向にほぼ等間隔ごとに、第１及び第２のヘッダ２１，２２の長手方向に対して直交する方向に形成された装着口（又は貫通口、図示せず）と、各装着口に対して貫通して装着可能な中空筒状の噴射ノズル２３とで構成されている。また、液体流路の液体流入口は、第１のヘッダ２１内に位置して、液体流路は第１のヘッダ２１内に通じており、気体流路の気体流入口は、第２のヘッダ２２内に位置して、液体流路は第２のヘッダ２２内に通じている。さらに、液体流入口及び気体流入口の流路は、ヘッダの長手方向に対して垂直な方向に形成されている（図示せず）。なお、第１のヘッダ２１及び第２のヘッダ２２の長手方向の両側面には、それぞれ液体又は気体を供給するための手段として、液体供給パイプ及び気体供給パイプが接続されており（図示せず）、液体及び気体の供給方向は特に限定されず、ミストの噴射方向と平行に液体及び気体を供給してもよく、ヘッダの長手方向の両側面からヘッダの長手方向に沿って液体及び気体を供給してもよい。また、各ヘッダ２１，２２の装着口（貫通口）は、断面四角形状の各ヘッダ２１，２２の対向面を貫通して形成されている。さらに、各噴射ノズル２３は、噴射口がヘッダの下部に位置するようにヘッダに貫通させて取り付けられ、ヘッダの上部で突出したノズル端部はナット２４で固定されている。この噴射ノズル装置は、複数の噴射ノズルがヘッダを貫通して一体化しているため、複数のノズルを組み合わせているにも拘わらず、構造が簡素である。
【００６７】
このような噴射ノズル装置は、鋳片や鋼板の冷却ノズルとして適している。すなわち、図４に示されるように、連続鋳造される鋳片や熱間圧延される鋼板を冷却する場合、工業生産される鋳片や鋼板は幅広であるため、１枚の鋳片や鋼板に対して、ヘッダに所定の間隔をおいて並設された複数の噴射ノズルを用いて鋳片や鋼板の冷却が行われる。詳しくは、各噴射ノズルからフルコーンパターンのミスト１５が鋳片や鋼板（図示せず）の表面に対して略垂直となるように鋳片や鋼板に向けて噴射されて、鋳片や鋼板が冷却される。
【００６８】
なお、本発明の噴射ノズル装置において、ヘッダの構造や、ヘッダに対する噴射ノズルの装着方法は、慣用のヘッダ及び装着方法を利用でき、例えば、特開２００５−２３０７１５号公報に記載のヘッダ及び装着方法などを利用できる。
【００６９】
本発明の噴射ノズル装置では、等間隔で並列してヘッダに取り付けられる噴射ノズルのピッチが重要である。すなわち、各ノズル装置から噴射されるミストは、鋳片などを均一に冷却するために、オーバーラップするように噴射されるが、水量分布及び衝突力分布の均一なミストを噴射し、かつラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる点から、各ノズルのピッチは、例えば、２０〜１５０ｍｍ、好ましくは３０〜１４０ｍｍ、さらに好ましくは４０〜１２０ｍｍ（特に５０〜１００ｍｍ）程度である。各ノズルのピッチは、噴射距離に対して０．１〜２倍（特に０．２〜１倍）程度であってもよい。
【００７０】
さらに、本発明では、前記ピッチでヘッダに取り付けた噴射ノズルから、フルコーンパターンのミストを噴射する場合、フルコーンパターンの噴射角度は、例えば、５〜１２０°、好ましくは１０〜１０５°、さらに好ましくは１５〜９０°程度に調整してもよい。前記ピッチで噴射ノズルを取り付けたノズル装置から、このような噴射角度でフルコーンパターンのミストを噴射すると、小さなピッチでフルコーンパターンが並列し、かつ隣接するフルコーンパターンの重複が大きくなる。そのため、幅方向において、水量分布及び衝突力分布の均一なミストを連続的に安定して噴射でき、均一で高い冷却が可能である。
【実施例】
【００７１】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における各評価項目の評価方法は以下の通りである。
【００７２】
［熱伝達係数及び幅方向の冷却均等率］
１０５０℃に加熱したステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４板、縦３００ｍｍ×横４５０ｍｍ×厚み３０ｍｍ）の冷却過程において、鋼板の温度が約１０００℃になった時点で冷却を開始し、９５０℃における冷却能力とその均等率を、Ｋ熱電対を用いて求めた。なお、Ｋ熱電対は鋼板の非冷却面（混合ミストを噴霧する面の反対側の面）側から鋼板の厚み方向に挿入し、Ｋ熱電対の位置が、冷却面から深さ２ｍｍの位置となるように埋め込み、固定した。さらに、各ノズルの厚み方向における熱伝達係数（ＨＴＣ）の平均値を、幅方向に一定間隔で算出し、その最大値を１００％としたときの最小値を均等率とした。
【００７３】
比較例１
特開２００８−１６８１６７号公報の実施例１に記載の噴射ノズルを用いて、表１に記載の条件で、ステンレス鋼板にミストを噴霧し、熱伝達係数及び幅方向の均等率を測定した。
【００７４】
比較例２
特開２００５−２３０７１５号公報の実施例１に記載の噴射ノズルを用いて、表１に記載の条件で、ステンレス鋼板にミストを噴霧し、熱伝達係数及び幅方向の均等率を測定した。
【００７５】
実施例１
図１に示す噴射ノズル（オリフィス部の径２ｍｍ、気体流入口の径１ｍｍ、スロート部の径２．５ｍｍ、スプレーパターン形成部のテーパ角４０°）を用いて、表１に記載の条件で、ステンレス鋼板にミストを噴霧し、熱伝達係数及び幅方向の均等率を測定した。
【００７６】
結果を表１に示す。なお、比較例１〜２及び実施例１のスプレーパターンを比較した概略模式図を図５に示す。図５から明らかなように、鋼板３０に対して、比較例１は、大ピッチ小ラップのフラットパターン３２であり、比較例２は、小ピッチ多重ラップのフラットパターン３２であるのに対して、実施例１は、小ピッチ多重ラップのフルコーンパターン３３である。また、比較例１のフラットパターン３１では、ラップ部の割合が非ラップ部に対して少なく、冷却の均等率が低い。比較例２のフラットパターン３２では、ラップ部の割合が大きいため、冷却の均等率は改善されるが、十分とは言えず、しかも、スプレー厚みが薄く、冷却能が低下する。一方、実施例１のフルコーンパターン３３では、ラップ部の割合が大きく、加えて、スプレーパターンが均一で安定しており、スプレー厚みも大であるため、冷却の均等率が高く、しかも、大流量時の冷却能が高い。
【００７７】
【表１】
【００７８】
表１の結果から明らかなように、比較例の噴射ノズルに比べて、実施例の噴射ノズルは、幅方向の冷却均等率が高い。さらに、最大水量では、冷却性能が高いため、鋼板の冷却速度を幅広い範囲で制御が可能である。
【００７９】
比較例３
気体の旋回方向と液体の旋回方向とが同一方向であることを除いて、図１と同一の構造の噴射ノズルを用いて、実施例１と同様に、ステンレス鋼板にミストを噴霧したが、噴霧パターンが揺れ動き、安定した噴霧パターンを形成できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、均一な水量分布及び衝突力分布で安定してミストを噴射できるため、連続鋳造される鋳片や熱間圧延される鋼板の冷却に好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１，２３…噴射ノズル
２，４，６…円筒状流路
２ａ…液体流入口
３…オリフィス部
５…液体旋回部材
５ａ…円柱状部材
５ｂ…螺旋状流路
７…気体流路
７ａ…気体流入口
８…隔壁
９…混合室
１０…スロート部
１１…スプレーパターン形成部
１２…噴出口
２１，２２…ヘッダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体と気体との二流体を混合してミストを噴射又は噴霧するのに有用な噴射ノズル、並びにこのノズルを備えた噴射ノズル装置及びこのノズルによるミストの噴霧又は噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気と水とをそれぞれノズルに導入し、連続鋳造される鋳片に対してミストを霧状に噴射又は噴霧することにより鋳片を冷却する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特開平９−２２０４９５号公報（特許文献１）には、液体と気体との混合流体を、噴射角を持った状態で噴出させる噴出孔がノズル先端部に形成されている流体噴出ノズルであって、所望の噴出パターンを保持しながら、その流体を一層効果的に分散させた状態で噴出させる流体噴出ノズルが開示されている。また、特開２００８−１６８１６７号公報（特許文献２）には、ノズル本体と、このノズル本体の先端部に形成された複数のスリット状吐出口とを有するノズルであって、スリット状吐出口の厚み方向での噴霧分布の均一性を向上できる二流体ノズルが開示されている。
【０００４】
しかし、これらのノズルでは、スプレー内の水量分布や鋳片に対する衝突力分布の均一性と、噴霧の状態の安定性とが十分ではない。また、噴霧パターンが噴霧幅の広いフラットパターン（矩形又は長円パターン）であるため、複数個のノズルを一定間隔あけて配置したとき、スプレーの幅が広いため、隣り合うスプレーのラップ部の割合が非ラップ部の割合に対して少なくなる。そのため、非ラップ部とラップ部とでは、冷却形態が異なり、鋳片の幅方向の均一な冷却が困難である。さらに、複数個のノズルが、ヘッダーの気体配管及び液体配管に独立して取付けられるため、配管系統が複雑化する。
【０００５】
これに対して、構造を簡素化したノズルとして、特開２００５−２３０７１５号公報（特許文献３）には、複数個のノズルを並べて、ラップ幅の割合を増加できる洗浄用ノズルが開示されており、この洗浄用ノズルを、冷却に用いると、鋳片の幅方向の均一性は、従来のノズルよりも向上する。
【０００６】
しかし、このノズルでも鋳片の幅方向の均一性は十分でない上に、スプレー厚みが薄いため、冷却能が低い。
【０００７】
また、熱間圧延された高温の鋼板をミストにより均一に冷却するためのノズルとして、特開２００６−１１０６１１号公報（特許文献４）には、ミスト冷却を行うためのミストスプレーノズルの下流側にスロート部を有する筒状下部本体と、ミストとするために上流側に空気供給口と円周部に水供給口を設けた筒状上部本体と、前記下部本体と上部本体との間にミストスプレーの形状を安定させるための螺旋状の貫通溝を設けた旋回羽根を設けた熱間圧延鋼板のミスト冷却装置が開示されている。この文献には、スプレーの広がり角度が５°未満では棒状の水流となり、１５°を超えるとホロコーン状となることが記載されている。さらに、空気又は水の複数の供給口を、旋回羽根と同一の回転方向となるように、ノズル中心軸に対して一方向に偏芯させることにより、旋回羽根の効果を相乗的に倍加させることが記載されている。
【０００８】
しかし、このノズルでは、気液混合後に、旋回して噴霧すると、外周の粒子が粗くなる傾向があり、スプレー内のミストの安定性が低い。さらに、噴霧角度が狭いため、並列するノズルの個数が多くなる。
【０００９】
一方、オイルバーナーなどに用いるノズルとして、特開２００２−１２６５８５号公報（特許文献５）には、液体供給路から圧送されてくる液体を旋回流動させながら液体噴出口から噴出させる液体噴出部を設け、気体供給路から圧送されてくる気体を前記液体噴出口から噴出する液体に、その液体が微粒化するように噴出供給する気体噴出部を設けてある気液混合噴霧用ノズルであって、前記気体噴出部は、前記気体を旋回流動させながら噴出させるよう構成してある気液混合噴霧用ノズルが開示されている。このノズルでは、旋回流動させた液体に対して同一の方向に旋回流動した気体を噴出するため、噴出する液体の粒子の径をより小さくできる。
【００１０】
しかし、このノズルは、パターン安定性が低く、特に、実ラインでは、工程により噴霧量を変化させる必要があるが、噴霧量が変化しても、安定かつ均一に噴霧することは困難である。また、ノズルの構造が複雑である上に、バーナーノズルの性質上、オリフィス径が０．５ｍｍ以下程度と小さいためか、冷却ノズルとして利用すると詰まり易く、用途が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２２０４９５号公報（請求項１、段落［０００６］）
【特許文献２】特開２００８−１６８１６７号公報（請求項１、段落［０００７］）
【特許文献３】特開２００５−２３０７１５号公報（請求項１、図３）
【特許文献４】特開２００６−１１０６１１号公報（請求項１、段落［００１５］［００１６］）
【特許文献５】特開２００２−１２６５８５号公報（請求項１、段落［０００８］［０００９］、図面）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、噴霧量が大きく変化しても鋳片や鋼板などを安定して均一に冷却でき、かつ鋳片や鋼板などの冷却速度を広い範囲で制御できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、噴霧量が大きく変化してもミストを連続的に安定して噴霧できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、水量分布及び衝突力分布が均一なミストを噴霧できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる噴射ノズル並びにこのノズルを用いた噴射ノズル装置及び噴霧方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、複数の噴射ノズルを組み合わせても、構造を簡素化できる噴射ノズル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、特許文献５のノズルにおいて、安定した噴霧が困難な理由について、鋭意検討した結果、液体の旋回方向と気体の旋回方向と同一であることが原因の一つであることが判明した。さらに、本発明者は検討を続けた結果、液体流路及び気体流路を通過して合流した液体と気体とを混合したミストを多重ラップ（複数のパターンをオーバーラップさせて並列に噴射させる態様）の形態で、フルコーンパターンで噴射するための筒状の噴射ノズルにおいて、前記気体流路の旋回方向（又は回旋方向）と前記液体流路の旋回方向とを逆方向に調整することにより、噴霧量が大きく変化しても鋳片や鋼板などを安定して均一に冷却でき、しかも、高い噴霧量では、大きな冷却性能を有するために、広い範囲で鋳片や鋼板等の冷却速度を制御できることを見出し、本発明を完成した。
【００１８】
すなわち、本発明の噴射ノズルは、液体を旋回可能な液体流路と、気体を旋回可能な気体流路と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口とを備えた筒状の噴射ノズルであって、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向である。本発明では、気体流路の旋回方向と液体流路の旋回方向とを逆方向とすることにより、液体と気体とが十分に混合されるためか、安定した噴霧量でミストを連続的に噴霧できる。
【００１９】
本発明の噴射ノズルは、ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路を設け、この液体流路に液体旋回部材が配設されているとともに、前記液体流路の外周に隔壁を隔てて気体流路を設け、この気体流路に気体を旋回可能な気体流入口が形成されていてもよい。液体流路と気体流路とをこのように二重管状の形態に配置することにより、混合室で、旋回した液体に対して効率良く逆方向に旋回した気体を作用させることができる。
【００２０】
前記液体旋回部材は、円柱状部材と、この円柱状部材の周方向に等間隔に形成され、かつ前記円柱状部材の軸方向に対して所定の角度で螺旋状に傾斜した複数の螺旋状流路とで形成されていてもよい。また、ノズル軸方向において、液体旋回部材の長さが、混合室の長さに対して１．５〜８倍程度であってもよい。液体旋回部材を、このような構造とすることにより、簡便な構造で安定して液体を旋回できる。
【００２１】
気体を旋回可能な気体流路において、気体流路の側面に複数の気体流入口が形成され、かつ各気体流入口の流路は、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材における螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に所定の角度傾斜していてもよい。このような気体流入口を形成することにより、簡便な構造で安定して気体を旋回できる。
【００２２】
本発明の噴射ノズルにおいて、混合室の下流側に、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状流路が形成され、かつこの円錐状流路の先端に位置する噴射口の形状が略円形状であってもよい。このような噴射口の形状と円錐状流路を有することにより、フルコーンパターンのミストを噴射できる。
【００２３】
本発明の噴射ノズルは、混合室と円錐状流路との間にスロート部が介在していてもよい。スロート部が介在することにより、混合室で生成したミストを絞り込むことにより、均一なミストを噴射できる。
【００２４】
本発明の噴射ノズルは、液体旋回部材の上流側に、液体流路よりも狭い径のオリフィス部が形成されていてもよい。オリフィス部が形成されることにより、液体の供給量を安定化できる。オリフィス部の流路径が１ｍｍ以上であってもよく、オリフィス部がこのような流路径を有することにより、円滑にミストを噴射できる。
【００２５】
本発明の噴射ノズルにおいて、通常、気体は空気であり、液体は水である。
【００２６】
本発明には、前記噴射ノズルを用いてミストを噴射する方法も含まれる。本発明の噴射ノズルを用いると、水量分布の均一なミストを噴霧できる。本発明の方法は、フルコーンパターンのミストを噴射する方法であってもよい。フルコーンパターンのミストは、小ピッチ多重ラップで（隣接するフルコーンパターンのピッチ間隔を小さくしてオーバーラップ部分を大きくして）並列させると、安定してミストを連続的に噴霧でき、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる。
【００２７】
本発明には、液体を供給するための長尺筒状の第１のヘッダと、気体を供給するための長尺筒状の第２のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、これらのヘッダを貫通して取り付けられた複数の噴射ノズルとを備えた噴射ノズル装置であって、複数の噴射ノズルが前記噴射ノズルであり、この噴射ノズルの液体流路が第１のヘッダ内に通じ、かつ気体流路が第２のヘッダ内に通じている噴射ノズル装置も含まれる。この噴射ノズル装置は、複数のノズルを組み合わせているにも拘わらず、構造が簡素である。本発明のノズル装置は、４０〜１２０ｍｍのピッチで噴射ノズルが等間隔でヘッダに取り付けられていてもよい。さらに、本発明には、前記噴射ノズル装置の各噴射ノズルから１５〜９０°の角度で拡がるフルコーンパターンのミストを噴射して鋳片や鋼板を冷却する方法も含まれる。前記ピッチで噴射ノズルを取り付け、前記フルコーンパターンミストを噴霧することにより、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、水量分布及び衝突力分布が均一なミストを噴霧でき、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる。本発明では、ノズル数とノズルの噴霧パターンとを適切に制御することにより、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制でき、安定して均一なミストを噴射できる。
【００２８】
なお、本明細書において、「テーパ角」（又は「角度」）とは、テーパ部の断面（流路の中心軸を通る断面）において、傾斜壁（又は傾斜側壁）の延長線で形成される角度を意味し、水平方向を基準とする角度を意味するものではない。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、液体流路と気体流路とを通過して合流した液体と気体とを混合したミストを噴射するための筒状の噴射ノズルにおいて、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向であるため、噴霧量が大きく変化しても（広いターンダウンで）鋳片や鋼板などを安定して均一に冷却でき、かつ鋼板などの冷却速度を広い範囲で制御できる。特に、使用する噴霧量に対して１／２０倍程度の噴霧量（１／２０のタウンダウン）でも鋳片や鋼板などを均一に冷却できる。すなわち、本発明の噴射ノズルは、安定して連続的に噴霧できる。そのため、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、水量分布及び衝突力分布が均一なミストを噴霧できる。また、複数の噴射ノズルを等間隔で並列させて噴霧しても、ラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる。さらに、複数の噴射ノズルを組み合わせているにも拘わらず、構造が簡素である。このような特性を有する本発明の噴射ノズルは、均一な冷却が可能であるため、鋼板や鋳片などの冷却に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の噴射ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、図１の噴射ノズルのＡ−Ａ線概略断面図である。
【図３】図３は、図１の噴射ノズルを構成する液体旋回部材の概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の噴射ノズル装置の一例を用いて、ミストを噴射している状態を示す概略斜視図である。
【図５】図５は、実施例１と比較例１〜２とのスプレーパターンを比較した概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
【００３２】
［噴射ノズル］
本発明の噴射ノズルは、液体を旋回可能な液体流路と、気体を旋回可能な気体流路と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口とを備えた筒状の噴射ノズルであって、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向である。本発明では、液体流路との旋回方向と気体流路の旋回方向とを逆方向に調整することにより、混合室で液体と気体とが十分に混合されるためか、安定した噴霧量でミストを連続的に噴霧でき、気体流路及び液体流路の構造は特に限定されない。噴射ノズルは、通常、内部の流路が円筒状であり、簡便な構造で、安定したミストを噴霧できる点から、ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路を設け、この液体流路に液体旋回部材を配設するとともに、前記液体流路の外周に隔壁を隔てて気体流路を設け、気体を旋回可能な方向に気体流入口が形成された構造が好ましい。
【００３３】
図１は本発明の噴射ノズルの一例を示す概略断面図であり、図２は図１の噴射ノズルのＡ−Ａ線概略断面図であり、図３は図１の噴射ノズルを構成する液体旋回部材の概略斜視図である。
【００３４】
この噴射ノズル１は、主要な構造として、第１の円筒状流路２から第３の円筒状流路６に至り、かつ液体を供給するための液体流路と、液体流路の下流部の外周に隔壁８を隔てて、液体流路と独立して形成された気体を供給するための気体流路７（環状流路）と、前記液体流路及び前記気体流路７から、それぞれ逆方向に旋回されて供給される液体及び気体を合流させて混合するための混合室９と、この混合室９で生成したミストを噴射するための噴射口１２とを備えている。
【００３５】
詳しくは、液体流路において、第１の円筒状流路２の上流部には、第１の円筒状流路２の側面で、対向する２個の円筒状の液体流入口２ａが形成されており、この液体流入口２ａから、ノズルの軸芯に対して垂直な方向に液体を流入可能である。液体流入口２ａの口径は、第１の円筒状流路２の流路径よりも狭い幅で形成されている。液体流入口２ａの口径は、第１の円筒状流路２の流路径に対して０．４〜０．９倍程度である。
【００３６】
液体流路には、液体流入口２ａよりも下流側に、前記第１の円筒状流路（径大の円筒状流路）２よりも流路幅が狭まった円筒状のオリフィス部３が形成されている。このオリフィス部３を液体が通過することにより、前記液体流入口２ａより液体流路２に供給された液体の流量を一定化できる。オリフィス部３の流路径は、液体流路２の流路径に対して０．１〜０．３倍程度である。
【００３７】
このオリフィス部３を介して、第１の円筒状流路２と、この流路と同径の第２の円筒状流路（径大の円筒状流路）４とが連通している。第２の円筒状流路の４の下流側には、さらに液体を旋回させるための液体旋回部材５が配設されている。液体旋回部材５は、円柱状部材５ａと、この円柱状部材５ａの周方向に等間隔に形成され、かつ前記円柱状部材５ａの軸方向に対して３０〜６０°程度の角度で螺旋状に傾斜し、かつ断面が略コ字状である４個の螺旋状流路５ｂとを備えている。すなわち、液体旋回部材５では、４個の流路５ｂが同方向に螺旋状に形成されているため、この螺旋状流路を通過した液体は一定の方向（図２における時計回りの方向）に旋回する。前記螺旋状流路５ｂの流路径（長辺と短辺との平均）は、第２の円筒状流路４の流路径に対して０．１〜０．３倍程度である。
【００３８】
噴射ノズル１では、ノズル軸方向において、液体旋回部材５の長さは、混合室９の長さ（図１中のＬ）に対して１．５〜８倍程度であり、液体旋回部材の長さを混合室の長さに対して大きく形成しているため、液体を十分に旋回させて混合室に供給できる。
【００３９】
この液体旋回部材５を介して、第２の円筒状流路４と、この流路と同径の第３の円筒状流路（経大の円筒状流路）６とが連通し、第３の円筒状流路６は混合室９に通じている。
【００４０】
一方、気体流路７は、液体旋回部材５及び第３の円筒状流路６の外周に隔壁８を隔てて、液体流路と独立して形成されている。さらに、気体流路７は、その上流部の対向する内壁において、２個の気体流入口７ａを備えており、各気体流入口７ａは、いずれも、中心軸から偏芯させて環状気体流路７の外壁に沿うように略接線方向から気体を流入可能であり、詳しくは、いずれも、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材５における螺旋状流路５ｂの螺旋方向と同一の方向に５０〜７０°の角度（図２中のθ）傾斜している。そのため、各気体流入口７ａからは、気体流路７の内壁に沿って周方向に気体が流入可能であり、この気体流路を通過した気体は一定の方向（図２における反時計回りの方向）に旋回する。本発明では、この気体流路７での気体の旋回方向を前記液体流路での液体の旋回方向に対して逆方向に調整するため、後続の混合室９において、合流した気体と液体とが十分に混合され、安定した噴霧が可能となる。環状気体流路７の厚みは、液体流路の第１〜３の円筒状流路の流路径に対して、０．０５〜０．２倍程度である。さらに、気体流入口７ａの流路径は、環状気体流路７の厚みと略同じである。
【００４１】
第３の円筒状流路６及び気体流路７は、いずれも混合室９に通じており、混合室９において、互いに独立して逆方向に旋回した気体と液体とが合流する。混合室９は、下流方向に向かって同心円状に径が狭まる円錐状に形成されている。そのため、円錐の壁面に沿って、液体流路及び気体流路から供給される液体及び気体は、それぞれ円滑に旋回しながら供給されるとともに、互いに逆方向に旋回することにより液体と気体とが十分に混ざり合って、安定したミストが調製される。混合室９の円錐状流路を形成する傾斜壁（テーパ部）のテーパ角は、９０〜１２０°程度に形成されている。
【００４２】
混合室９の下流側には、円筒状のスロート部１０が形成されている。混合室９で生成したミストは、スロート部１０を通過することにより絞られ、一定の噴霧量でミストを噴射できる。スロート部１０の流路径は、液体流路の第１〜３の円筒状流路径に対して０．１〜０．３倍程度である。スロート部１０の流路長は、ノズル軸方向における混合室９の長さに対して０．１〜１．５倍程度である。
【００４３】
スロート部１０の下流側には、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状の流路（スプレーパターン形成部）１１が形成されており、ノズル先端において、略円形状の噴射口１２が開口している。スロート部１０を通過したミストは、スプレーパターン形成部１１を通過することにより解放され円錐状に拡がる。ノズル軸方向におけるスプレーパターン形成部１１の長さは、スロート部１０の流路長に対して、３〜１０倍程度である。スプレーパターン部１１の円錐状流路を形成する傾斜壁（テーパ部）のテーパ角は、１５〜９０°程度に形成されている。スプレーパターン形成部の長さ及びテーパ角がこの範囲にあるため、円錐状に拡がったミストは、水量分布は均一に保持されたままで、フルコーンパターンのミストを安定して噴霧できる。
【００４４】
なお、前述のように、本発明の噴射ノズルは、液体と気体との旋回方向を逆方向に調整することにより、前記効果を発現すればよく、旋回方向を調整するためのノズル構造は前記図面の構造に限定されない。
【００４５】
このような構造を有する噴射ノズルにおいて、液体流路の形状は、円筒状に限定されず、楕円柱状、角柱状、下流方向に向かって流路が狭まる円錐状又は角錐状などであってもよい。
【００４６】
液体流入口の数は、２個に限定されず、１〜６個程度から選択できるが、液体流路に安定して液体を供給できる点から、２〜４個（特に２個）が好ましい。複数個の液体流入口を形成する場合、液体流路に安定して液体を供給できる点から、液体流路の横断面において対称となる位置に形成するのが好ましい。液体流入口の形状は、円筒状に限定されず、例えば、楕円柱状、角柱状などであってもよい。液体流入口の口径は、径大の円筒状流路の流路径よりも狭い幅に限定されず、広い幅であってもよいが、液体流路での流速を制御し易い点から、円筒状流路の流路径よりも狭い幅が好ましく、例えば、０．１〜１倍、好ましくは０．２〜０．９倍、さらに好ましくは０．４〜０．９倍程度である。
【００４７】
オリフィス部の形状も円筒状に限定されず、楕円柱状、角柱状などであってもよいが、安定して液体旋回部材に液体を供給し、フルコーンパターンのミストを噴霧し易い点から、円筒状が好ましい。オリフィス部の流路径は、径大の円筒状流路の流路径（異なる流路径を有する場合、最小流路径）よりも狭ければよいが、例えば、０．０５〜０．８倍、好ましくは０．０８〜０．５倍、さらに好ましくは０．１〜０．３倍程度である。ノズルの大きさにもよるが、オリフィス部の流路径は、例えば、０．５〜６ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、さらに好ましくは２〜４ｍｍ程度であってもよい。特に、オリフィス部の流路径は、詰まることなく、円滑にミストを噴射できる点から、１ｍｍ以上（例えば、１〜４ｍｍ）であるのが特に好ましい。
【００４８】
液体旋回部材は、オリフィス部の下流側に形成され、かつ液体を旋回できればよいが、簡便に液体を旋回できる点から、螺旋状の流路を有する円柱状部材が好ましい。
【００４９】
この液体旋回部材において、ノズルの略軸芯方向に貫通する螺旋状流路の数は、特に限定されず、１〜１０個程度の範囲から選択できるが、安定して混合室に旋回した液体を供給できる点から、複数個、例えば、２〜８個、好ましくは３〜６個、さらに好ましくは３〜４個程度が好ましい。螺旋状流路の断面形状は、特に限定されず、略コ字状（又は略長方形状）の他、例えば、略正方形状、略半円形状、略Ｕ字状などであってもよい。螺旋状流路は、液体を旋回させるために、円柱状部材の軸方向に傾斜させて螺旋状に形成されていればよく、軸方向に対する傾斜角度は、ノズルの配置に応じて選択でき、噴射距離が短いと広角に調整してもよく、一方、長いと狭角に調整してもよい。具体的な傾斜角度は、安定して液体を旋回できる点から、例えば、１０〜８０°、好ましくは２０〜７０°、さらに好ましくは３０〜６０°（特に４０〜６０°）程度であってもよい。螺旋状流路の流路径（異方形状の場合、長辺と短辺との平均）は、螺旋状流路の個数にもよるが、例えば、液体流路の流路径に対して、例えば、０．１〜０．５倍、好ましくは０．１〜０．４倍、さらに好ましくは０．１〜０．３倍程度である。
【００５０】
液体旋回部材のノズル軸方向における長さは、混合室のノズル軸方向における長さよりも短くてもよいが、液体を十分に旋回させて混合室に供給できる点から、混合室の長さよりも長い方が好ましく、例えば、混合室の長さに対して１．１〜１２倍、好ましくは１．２〜１０倍、さらに好ましくは１．５〜８倍（特に２〜６倍）程度であってもよい。
【００５１】
環状気体流路の厚みは、前記液体旋回部材の流路径にもよるが、混合室で効果的に液体と混合できる点から、液体流路の流路径に対して、例えば、０．０１〜０．５倍、好ましくは０．０３〜０．３倍、さらに好ましくは０．０５〜０．２倍（特に０．０６〜０．１５倍）程度である。
【００５２】
気体流入口の数は、２個に限定されず、１〜６個程度から選択できるが、気体流路に安定して気体を供給できる点から、２〜４個程度が好ましい。複数個の気体流入口を形成する場合、気体流路に安定して気体を供給できる点から、ノズル軸方向に対して垂直な断面において対称位置に形成する（円周方向に均等な位置に配置する）のが好ましい。
【００５３】
気体流入口は、気体を気体流路中で旋回させるために、気体流路の外壁に沿って流入するように中心軸から偏芯していればよく、詳しくは、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材における螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に傾斜させて形成する必要がある。すなわち、気体流入口は、ノズルの軸芯に向かう方向に対して、例えば、１０〜９０°、好ましくは３０〜９０°、さらに好ましくは４０〜９０°（特に５０〜９０°）の角度（図２のθ）で傾斜させて形成してもよい。気体流入口を９０°傾斜させることは、環状気体流の内周壁の接線方向に気体流入口を形成することを意味し、傾斜角度が大きいほど、気体を旋回させ易い傾向は見られるが、気体の圧力などに応じて適宜選択できる。なお、気体流入口を複数形成する場合は、各気体流入口は、螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に傾斜していればよく、傾斜角度は異なっていてもよいが、通常、同一である。
【００５４】
気体流入口の形状は、円筒状に限定されず、例えば、楕円柱状、角柱状などであってもよい。気体流入口の口径は、環状気体流路の厚みと略同じ厚みに限定されず、気体流路の厚みと異なっていてもよいが、気体流路の断面積が気体流入口の断面積よりも大きい必要があるため、環状気体流路中で効果的に気体を旋回できる点から、例えば、０．３〜３倍、好ましくは０．５〜２倍、さらに好ましくは０．８〜１．５倍（特に、略同程度の厚み）が好ましい。ノズルの大きさにもよるが、気体流入口の口径は、例えば、０．３〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍ、さらに好ましくは０．８〜１．５ｍｍ程度であってもよい。
【００５５】
混合室の形状は、下流方向に向かって径が狭まる円錐状に限定されず、下流方向に向かって径が狭まる角錐状、砲弾状又は椀状（円錐状の傾斜壁が外方向に拡がる曲面状又はＲ状である形状）、円筒状、楕円柱状、角柱状などであってもよいが、旋回した液体及び気体を円滑に混合室に導入できる点から、円錐状、砲弾状又は椀状、円筒状が好ましい。混合室が円錐状流路を形成する場合、傾斜壁のテーパ角は、例えば、３０〜１５０°、好ましくは５０〜１４０°、さらに好ましくは６０〜１３０°程度である。
【００５６】
スロート部は、混合室で生成されたミストを安定して噴霧するために形成され、スロート部の流路径は、液体流路の流路径に対して０．０５〜０．５倍、好ましくは０．０８〜０．４倍、さらに好ましくは０．１〜０．３倍程度である。ノズルの大きさにもよるが、スロート部の流路径は、例えば、０．５〜６ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜４ｍｍ程度であってもよい。スロート部の流路長は、ノズル軸方向における混合室の長さに対して、例えば、０．１〜３倍、好ましくは０．１〜２倍、さらに好ましくは０．１〜１．５倍程度である。
【００５７】
スプレーパターン形成部（円錐状流路）の形状は、スプレーパターンの形状に応じて選択でき、フルコーンパターンのミストを噴霧する場合、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状である。ノズル軸方向におけるスプレーパターン形成部の長さは、スロート部の流路長に対して、０．１〜５０倍程度の範囲から選択できるが、水量分布の均一なミストを噴霧できる点から、例えば、１〜３０倍、好ましくは２〜２０倍、さらに好ましくは３〜１０倍程度である。スプレーパターン形成部が円錐状の場合、傾斜壁のテーパ角は５〜４０°程度の範囲から選択できるが、水量分布を均一に保持したままで、フルコーンパターンのミストを安定して噴霧できる点から、例えば、５〜１２０°、好ましくは１０〜１０５°、さらに好ましくは１５〜９０°程度である。
【００５８】
本発明の噴射ノズルは、水量分布及び衝突部分布の均一なミストを、安定した噴霧量で連続的に噴霧でき、気体及び液体の種類は特に限定されないが、通常、液体として水（高圧水などの加圧水）を用い、気体として空気（加圧空気）を用いる。
【００５９】
本発明の噴射ノズルにおいて、液体流路に供給する液体の流量は、例えば、１〜３００リットル／分・ｍ、好ましくは１．５〜２００リットル／分・ｍ、さらに好ましくは２〜１００リットル／分・ｍ（特に３〜６０リットル／分・ｍ）程度である。液体の流量が低すぎると、冷却ノズルとして用いたとき、冷却能力が低く、流量が高すぎると、水量分布及び衝突力分布の均一性が低下する。
【００６０】
気体流路に供給するための気体量は、ノズルの構造に応じて選択できるが、例えば、１〜３００ｍ３／ｈ・ｍ（Ｎ）、好ましくは３〜２００ｍ３／ｈ・ｍ、さらに好ましくは５〜１００ｍ３／ｈ・ｍ（特に１０〜５０ｍ３／ｈ・ｍ）程度である。
【００６１】
気体と液体との体積比は、例えば、気体／液体＝１／１〜５００／１、好ましくは２／１〜４００／１、さらに好ましくは３／１〜３００／１（特に４／１〜２５０／１）程度である。
【００６２】
液体流路に供給する液体の圧力は、例えば、０．０１〜２ＭＰａ、好ましくは０．０２〜１．５ＭＰａ、さらに好ましくは０．０３〜１ＭＰａ程度である。
【００６３】
気体流路に供給する気体の圧力は、例えば、０．０１〜１．５ＭＰａ、好ましくは０．０２〜１ＭＰａ、さらに好ましくは０．０３〜０．７ＭＰａ程度である。
【００６４】
［噴射ノズル装置］
本発明の噴射ノズル装置は、液体を供給するための長尺筒状の第１のヘッダと、気体を供給するための長尺筒状の第２のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、これらのヘッダを貫通して取り付けられた複数の噴射ノズルとを備えた噴射ノズル装置であって、複数の噴射ノズルが前記噴射ノズルであり、この噴射ノズルの液体流路が第１のヘッダ内に通じ、かつ気体流路が第２のヘッダ内に通じている。
【００６５】
図４は、本発明の噴射ノズル装置の一例を用いて、ミストを噴射した状態を示す概略斜視図である。
【００６６】
この噴射ノズル装置は、長尺で断面四角形状の中空筒体で構成され、かつ液体を供給するための第１のヘッダ（又は液体ヘッダ）２１と、この第１のヘッダに対してほぼ平行に配設され、長尺で断面四角形状の中空筒体で構成され、かつ気体を供給するための第２のヘッダ（気体ヘッダ）２２と、これらのヘッダ２１，２２の長手方向にほぼ等間隔ごとに、第１及び第２のヘッダ２１，２２の長手方向に対して直交する方向に形成された装着口（又は貫通口、図示せず）と、各装着口に対して貫通して装着可能な中空筒状の噴射ノズル２３とで構成されている。また、液体流路の液体流入口は、第１のヘッダ２１内に位置して、液体流路は第１のヘッダ２１内に通じており、気体流路の気体流入口は、第２のヘッダ２２内に位置して、液体流路は第２のヘッダ２２内に通じている。さらに、液体流入口及び気体流入口の流路は、ヘッダの長手方向に対して垂直な方向に形成されている（図示せず）。なお、第１のヘッダ２１及び第２のヘッダ２２の長手方向の両側面には、それぞれ液体又は気体を供給するための手段として、液体供給パイプ及び気体供給パイプが接続されており（図示せず）、液体及び気体の供給方向は特に限定されず、ミストの噴射方向と平行に液体及び気体を供給してもよく、ヘッダの長手方向の両側面からヘッダの長手方向に沿って液体及び気体を供給してもよい。また、各ヘッダ２１，２２の装着口（貫通口）は、断面四角形状の各ヘッダ２１，２２の対向面を貫通して形成されている。さらに、各噴射ノズル２３は、噴射口がヘッダの下部に位置するようにヘッダに貫通させて取り付けられ、ヘッダの上部で突出したノズル端部はナット２４で固定されている。この噴射ノズル装置は、複数の噴射ノズルがヘッダを貫通して一体化しているため、複数のノズルを組み合わせているにも拘わらず、構造が簡素である。
【００６７】
このような噴射ノズル装置は、鋳片や鋼板の冷却ノズルとして適している。すなわち、図４に示されるように、連続鋳造される鋳片や熱間圧延される鋼板を冷却する場合、工業生産される鋳片や鋼板は幅広であるため、１枚の鋳片や鋼板に対して、ヘッダに所定の間隔をおいて並設された複数の噴射ノズルを用いて鋳片や鋼板の冷却が行われる。詳しくは、各噴射ノズルからフルコーンパターンのミスト１５が鋳片や鋼板（図示せず）の表面に対して略垂直となるように鋳片や鋼板に向けて噴射されて、鋳片や鋼板が冷却される。
【００６８】
なお、本発明の噴射ノズル装置において、ヘッダの構造や、ヘッダに対する噴射ノズルの装着方法は、慣用のヘッダ及び装着方法を利用でき、例えば、特開２００５−２３０７１５号公報に記載のヘッダ及び装着方法などを利用できる。
【００６９】
本発明の噴射ノズル装置では、等間隔で並列してヘッダに取り付けられる噴射ノズルのピッチが重要である。すなわち、各ノズル装置から噴射されるミストは、鋳片などを均一に冷却するために、オーバーラップするように噴射されるが、水量分布及び衝突力分布の均一なミストを噴射し、かつラップ部による噴霧の均一性の低下を抑制できる点から、各ノズルのピッチは、例えば、２０〜１５０ｍｍ、好ましくは３０〜１４０ｍｍ、さらに好ましくは４０〜１２０ｍｍ（特に５０〜１００ｍｍ）程度である。各ノズルのピッチは、噴射距離に対して０．１〜２倍（特に０．２〜１倍）程度であってもよい。
【００７０】
さらに、本発明では、前記ピッチでヘッダに取り付けた噴射ノズルから、フルコーンパターンのミストを噴射する場合、フルコーンパターンの噴射角度は、例えば、５〜１２０°、好ましくは１０〜１０５°、さらに好ましくは１５〜９０°程度に調整してもよい。前記ピッチで噴射ノズルを取り付けたノズル装置から、このような噴射角度でフルコーンパターンのミストを噴射すると、小さなピッチでフルコーンパターンが並列し、かつ隣接するフルコーンパターンの重複が大きくなる。そのため、幅方向において、水量分布及び衝突力分布の均一なミストを連続的に安定して噴射でき、均一で高い冷却が可能である。
【実施例】
【００７１】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における各評価項目の評価方法は以下の通りである。
【００７２】
［熱伝達係数及び幅方向の冷却均等率］
１０５０℃に加熱したステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４板、縦３００ｍｍ×横４５０ｍｍ×厚み３０ｍｍ）の冷却過程において、鋼板の温度が約１０００℃になった時点で冷却を開始し、９５０℃における冷却能力とその均等率を、Ｋ熱電対を用いて求めた。なお、Ｋ熱電対は鋼板の非冷却面（混合ミストを噴霧する面の反対側の面）側から鋼板の厚み方向に挿入し、Ｋ熱電対の位置が、冷却面から深さ２ｍｍの位置となるように埋め込み、固定した。さらに、各ノズルの厚み方向における熱伝達係数（ＨＴＣ）の平均値を、幅方向に一定間隔で算出し、その最大値を１００％としたときの最小値を均等率とした。
【００７３】
比較例１
特開２００８−１６８１６７号公報の実施例１に記載の噴射ノズルを用いて、表１に記載の条件で、ステンレス鋼板にミストを噴霧し、熱伝達係数及び幅方向の均等率を測定した。
【００７４】
比較例２
特開２００５−２３０７１５号公報の実施例１に記載の噴射ノズルを用いて、表１に記載の条件で、ステンレス鋼板にミストを噴霧し、熱伝達係数及び幅方向の均等率を測定した。
【００７５】
実施例１
図１に示す噴射ノズル（オリフィス部の径２ｍｍ、気体流入口の径１ｍｍ、スロート部の径２．５ｍｍ、スプレーパターン形成部のテーパ角４０°）を用いて、表１に記載の条件で、ステンレス鋼板にミストを噴霧し、熱伝達係数及び幅方向の均等率を測定した。
【００７６】
結果を表１に示す。なお、比較例１〜２及び実施例１のスプレーパターンを比較した概略模式図を図５に示す。図５から明らかなように、鋼板３０に対して、比較例１は、大ピッチ小ラップのフラットパターン３２であり、比較例２は、小ピッチ多重ラップのフラットパターン３２であるのに対して、実施例１は、小ピッチ多重ラップのフルコーンパターン３３である。また、比較例１のフラットパターン３１では、ラップ部の割合が非ラップ部に対して少なく、冷却の均等率が低い。比較例２のフラットパターン３２では、ラップ部の割合が大きいため、冷却の均等率は改善されるが、十分とは言えず、しかも、スプレー厚みが薄く、冷却能が低下する。一方、実施例１のフルコーンパターン３３では、ラップ部の割合が大きく、加えて、スプレーパターンが均一で安定しており、スプレー厚みも大であるため、冷却の均等率が高く、しかも、大流量時の冷却能が高い。
【００７７】
【表１】
【００７８】
表１の結果から明らかなように、比較例の噴射ノズルに比べて、実施例の噴射ノズルは、幅方向の冷却均等率が高い。さらに、最大水量では、冷却性能が高いため、鋼板の冷却速度を幅広い範囲で制御が可能である。
【００７９】
比較例３
気体の旋回方向と液体の旋回方向とが同一方向であることを除いて、図１と同一の構造の噴射ノズルを用いて、実施例１と同様に、ステンレス鋼板にミストを噴霧したが、噴霧パターンが揺れ動き、安定した噴霧パターンを形成できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、均一な水量分布及び衝突力分布で安定してミストを噴射できるため、連続鋳造される鋳片や熱間圧延される鋼板の冷却に好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１，２３…噴射ノズル
２，４，６…円筒状流路
２ａ…液体流入口
３…オリフィス部
５…液体旋回部材
５ａ…円柱状部材
５ｂ…螺旋状流路
７…気体流路
７ａ…気体流入口
８…隔壁
９…混合室
１０…スロート部
１１…スプレーパターン形成部
１２…噴出口
２１，２２…ヘッダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を旋回可能な液体流路と、気体を旋回可能な気体流路と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口とを備えた筒状の噴射ノズルであって、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向である噴射ノズル。
【請求項２】
ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路を設け、この液体流路に液体旋回部材が配設されているとともに、前記液体流路の外周に隔壁を隔てて気体流路を設け、この気体流路に気体を旋回可能な気体流入口が形成されている請求項１記載の噴射ノズル。
【請求項３】
液体旋回部材が、円柱状部材と、この円柱状部材の周方向に等間隔に形成され、かつ前記円柱状部材の軸方向に対して所定の角度で螺旋状に傾斜した複数の螺旋状流路とで形成されている請求項１又は２記載の噴射ノズル。
【請求項４】
気体流路の側面に複数の気体流入口が形成され、かつ各気体流入口の流路が、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材における螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に所定の角度傾斜している請求項１〜３のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項５】
ノズル軸方向において、液体旋回部材の長さが、混合室の長さに対して１．５〜８倍である請求項１〜４のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項６】
混合室の下流側に、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状流路が形成され、かつこの円錐状流路の先端に位置する噴射口の形状が略円形状である請求項１〜５のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項７】
混合室とスプレーパターン形成部との間にスロート部が介在する請求項１〜６のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項８】
液体旋回部材の上流側に、液体流路よりも狭い径のオリフィス部が形成されている請求項２〜７のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項９】
オリフィス部の流路径が１ｍｍ以上である請求項８記載の噴射ノズル。
【請求項１０】
気体が空気であり、液体が水である請求項１〜９のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の噴射ノズルを用いてミストを噴射する方法。
【請求項１２】
フルコーンパターンのミストを噴射する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
液体を供給するための長尺筒状の第１のヘッダと、気体を供給するための長尺筒状の第２のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、これらのヘッダを貫通して取り付けられた複数の噴射ノズルとを備えた噴射ノズル装置であって、前記複数の噴射ノズルが、請求項１〜１０のいずれかに記載の噴射ノズルであり、この噴射ノズルの液体流路が第１のヘッダ内に通じ、かつ気体流路が第２のヘッダ内に通じている噴射ノズル装置。
【請求項１４】
４０〜１２０ｍｍのピッチで噴射ノズルが等間隔でヘッダに取り付けられている請求項１３記載の噴射ノズル装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の噴射ノズル装置の各噴射ノズルから１５〜９０°の角度で拡がるフルコーンパターンのミストを噴射して鋼板を冷却する方法。
【請求項１】
液体を旋回可能な液体流路と、気体を旋回可能な気体流路と、前記各流路を通過して合流した液体と気体とを混合するための混合室と、前記混合室で生成したミストを噴射するための噴射口とを備えた筒状の噴射ノズルであって、前記気体流路の旋回方向と前記液体流路の旋回方向とが逆方向である噴射ノズル。
【請求項２】
ノズル中心軸線に沿って円筒状の液体流路を設け、この液体流路に液体旋回部材が配設されているとともに、前記液体流路の外周に隔壁を隔てて気体流路を設け、この気体流路に気体を旋回可能な気体流入口が形成されている請求項１記載の噴射ノズル。
【請求項３】
液体旋回部材が、円柱状部材と、この円柱状部材の周方向に等間隔に形成され、かつ前記円柱状部材の軸方向に対して所定の角度で螺旋状に傾斜した複数の螺旋状流路とで形成されている請求項１又は２記載の噴射ノズル。
【請求項４】
気体流路の側面に複数の気体流入口が形成され、かつ各気体流入口の流路が、ノズル軸方向に垂直な断面において、ノズルの中心軸に向かう方向に対して、液体旋回部材における螺旋状流路の螺旋方向と同一の方向に所定の角度傾斜している請求項１〜３のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項５】
ノズル軸方向において、液体旋回部材の長さが、混合室の長さに対して１．５〜８倍である請求項１〜４のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項６】
混合室の下流側に、下流方向に向かって同心円状に径が拡がる円錐状流路が形成され、かつこの円錐状流路の先端に位置する噴射口の形状が略円形状である請求項１〜５のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項７】
混合室とスプレーパターン形成部との間にスロート部が介在する請求項１〜６のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項８】
液体旋回部材の上流側に、液体流路よりも狭い径のオリフィス部が形成されている請求項２〜７のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項９】
オリフィス部の流路径が１ｍｍ以上である請求項８記載の噴射ノズル。
【請求項１０】
気体が空気であり、液体が水である請求項１〜９のいずれかに記載の噴射ノズル。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の噴射ノズルを用いてミストを噴射する方法。
【請求項１２】
フルコーンパターンのミストを噴射する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
液体を供給するための長尺筒状の第１のヘッダと、気体を供給するための長尺筒状の第２のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、これらのヘッダを貫通して取り付けられた複数の噴射ノズルとを備えた噴射ノズル装置であって、前記複数の噴射ノズルが、請求項１〜１０のいずれかに記載の噴射ノズルであり、この噴射ノズルの液体流路が第１のヘッダ内に通じ、かつ気体流路が第２のヘッダ内に通じている噴射ノズル装置。
【請求項１４】
４０〜１２０ｍｍのピッチで噴射ノズルが等間隔でヘッダに取り付けられている請求項１３記載の噴射ノズル装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の噴射ノズル装置の各噴射ノズルから１５〜９０°の角度で拡がるフルコーンパターンのミストを噴射して鋼板を冷却する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６３３６９（Ｐ２０１３−６３３６９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２２５６（Ｐ２０１１−２０２２５６）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００１４２０２３）株式会社共立合金製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００１４２０２３）株式会社共立合金製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
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